RU2056008C1 - Method of and plasma plant for solid fuel reconditioning - Google Patents
Method of and plasma plant for solid fuel reconditioning Download PDFInfo
- Publication number
- RU2056008C1 RU2056008C1 RU92013593A RU92013593A RU2056008C1 RU 2056008 C1 RU2056008 C1 RU 2056008C1 RU 92013593 A RU92013593 A RU 92013593A RU 92013593 A RU92013593 A RU 92013593A RU 2056008 C1 RU2056008 C1 RU 2056008C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- plasma
- coal
- cooled
- solid fuel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Industrial Gases (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к термической переработке твердого топлива углей, сланца, торфа и др. и может быть использовано в энергетике на тепловых электростанциях, в котельных для теплофикации населенных пунктов и в металлургии для получения тепла и высокопотенциального восстановительного газа, а также в химической промышленности для получения тепла и синтез-газа (СО + Н2) основы органического синтеза.The invention relates to the thermal processing of solid fuels of coal, shale, peat, etc. and can be used in the energy sector at thermal power plants, in boiler houses for the heating of settlements and in metallurgy to produce heat and high-potential reducing gas, as well as in the chemical industry for heat and synthesis gas (CO + H 2 ) the basics of organic synthesis.
Известен электродуговой плазменный реактор для газификации углей, представляющий собой цилиндрическую камеру, на верхней крышке которой размещены электродуговые плазмотроны. Подаваемый в камеру измельченный уголь нагревается плазменными струями, истекающими из плазмотрона. В качестве газифицирующего агента и плазмообразующего газа используется водяной пар. При нагреве частиц угля в потоке водяной плазмы топливо газифицируется и образуется высококалорийный синтез-газ, состоящий в основном из водорода и оксида углерода. Сера, содержащаяся в угле, переходит в бескислородные соединения, в частности, в виде сероводорода, очистка от которых освоена в промышленном масштабе. Минеральная часть топлива удаляется в шлакосборник. Таким образом, в плазменном реакторе можно получить экологически чистый синтез-газ из низкосортного угля [1]
Вместе с тем, в рассматриваемом плазменном реакторе существуют трудности с проникновением частиц перерабатываемого материала в плазменную струю, вытекающую из плазмотрона, что объясняется вязкостью высокотемпературного потока. К тому же, известная установка обладает небольшим тепловым КПД, поскольку она скомпонована из четырех аппаратов (реактора и 3 плазмотронов), произведение КПД которых дает суммарный КПД установки.Known electric arc plasma reactor for coal gasification, which is a cylindrical chamber, on the top cover of which are placed electric arc plasmatrons. The crushed coal supplied to the chamber is heated by plasma jets flowing from the plasma torch. Water vapor is used as a gasification agent and a plasma forming gas. When coal particles are heated in a stream of water plasma, the fuel is gasified and a high-calorific synthesis gas is formed, consisting mainly of hydrogen and carbon monoxide. Sulfur contained in coal goes into oxygen-free compounds, in particular, in the form of hydrogen sulfide, the purification of which has been mastered on an industrial scale. The mineral part of the fuel is removed to the slag collector. Thus, in a plasma reactor it is possible to obtain environmentally friendly synthesis gas from low-grade coal [1]
At the same time, in the considered plasma reactor there are difficulties with the penetration of particles of the processed material into the plasma jet flowing from the plasma torch, which is explained by the viscosity of the high-temperature flow. In addition, the known installation has a small thermal efficiency, since it is composed of four devices (reactor and 3 plasmatrons), the product of the efficiency of which gives the total efficiency of the installation.
Известен также способ получения восстановительных газов из низкосортных углей и аппарат для его осуществления [2] В этом способе с целью исключения примесей окислителей в конечном продукте также используется аллотермический процесс с применением плазменного нагрева. Для обеспечения оптимального отношения водорода к оксиду углерода (Н2:СО) в получаемом восстановительном газе в качестве окислителя применялся водяной пар. Весь перерабатываемый мелкодисперсный уголь вместе с окислителем подают в плазменный реактор с совмещенной зоной выделения и поглощения тепла.There is also a method for producing reducing gases from low-grade coals and an apparatus for its implementation [2] In this method, in order to eliminate impurities of oxidizing agents in the final product, an allothermic process using plasma heating is also used. To ensure the optimum ratio of hydrogen to carbon monoxide (H 2 : CO) in the resulting reducing gas, water vapor was used as an oxidizing agent. All processed fine coal together with the oxidizing agent is fed into a plasma reactor with a combined zone of heat generation and absorption.
Однако известный способ требует повышенных энергозатрат, обусловленных высоким температурным уровнем процесса (2400-3000 К), что снижает экономические показатели процесса. Кроме того, способ обеспечивает недостаточную газификацию угля (91-93% ), что связано с малым временем пребывания частиц угля в высокотемпературной реакционной зоне, исчисляемым десятыми долями секунды и недостаточным для полной газификации твердого топлива. However, the known method requires increased energy consumption due to the high temperature level of the process (2400-3000 K), which reduces the economic performance of the process. In addition, the method provides insufficient coal gasification (91-93%), which is associated with a short residence time of coal particles in the high-temperature reaction zone, calculated in tenths of a second and insufficient for complete gasification of solid fuel.
Аппарат для газификации угля представляет вертикальный водоохлаждаемый цилиндр, футерованный графитом. Через верхнюю крышку введены два стержневых графитовых электрода. Снаружи камера реактора охвачена электромагнитной катушкой соленоидом, питаемым постоянным током от независимого источника. В камере реактора между стенкой и стержневыми графитовыми электродами горит трехфазная дуга переменного тока в постоянном магнитном поле. Измельченный уголь и водяной пар, подаваемые в камеру реактора через крышку, подхватываются плазменными струями расширяющихся дуговых столбов и, интенсивно нагреваясь, отбрасываются на стенку камеры. При движении частиц угля в объеме камеры реактора происходит газификация топлива. Шлак стекает в шлако-сборник, а образующийся синтез-газ удаляется на дальнейшую обработку. Известный аппарат обеспечивает степень газификации угля 91,1-93,5% степень перевода серы в газовую фазу 90,8-96,7% Получаемый газ состоит из СО и Н2 на 95,6-95,8%
Невысокая степень газификации угля обусловлена небольшим временем пребывания частиц угля в реакционной зоне. Как уже отмечалось, на крышке реактора установлены два стержневых электрода и трехфазная дуга переменного тока горит с этих электродов на стенку реактора, который является третьим электродом. При этом длина дуги равна примерно 1/3 диаметра камеры реактора, а поскольку разряд втягивает частицы угля из-за несущей способности дуги в плазменных реакторах совмещенного типа, то такая длина дуги является недостаточной для полного превращения органической массы угля. Как известно, для газификации угля в плазме водяного пара время реакции составляет 0,1-1 с. Поэтому на практике с целью увеличения времени пребывания частиц угля в зоне газификации применяют различные двухступенчатые аппараты: с дополнительной ванной расплава, с дополнительным трубчатым реактором и т.д. Однако увеличение количества ступеней существенно усложняет аппаратурное оформление процессов и эксплуатацию оборудования.The apparatus for coal gasification is a vertical water-cooled cylinder lined with graphite. Two rod graphite electrodes are introduced through the top cover. Outside, the reactor chamber is surrounded by an electromagnetic coil with a solenoid fed by direct current from an independent source. In the reactor chamber between the wall and rod graphite electrodes, a three-phase AC arc in a constant magnetic field burns. The crushed coal and water vapor supplied to the reactor chamber through the lid are picked up by the plasma jets of expanding arc columns and, being intensely heated, are thrown onto the chamber wall. When coal particles move in the volume of the reactor chamber, gasification of the fuel occurs. Slag flows into the collection slag, and the resulting synthesis gas is removed for further processing. The known apparatus provides a degree of gasification of coal of 91.1-93.5%; a degree of conversion of sulfur into the gas phase of 90.8-96.7%; The produced gas consists of CO and H 2 at 95.6-95.8%
The low degree of coal gasification is due to the short residence time of coal particles in the reaction zone. As already noted, two rod electrodes are installed on the reactor cover and a three-phase AC arc burns from these electrodes to the wall of the reactor, which is the third electrode. Moreover, the arc length is approximately 1/3 of the diameter of the reactor chamber, and since the discharge draws in coal particles due to the bearing capacity of the arc in combined plasma reactors, this arc length is insufficient for the complete conversion of the organic mass of coal. As is known, for gasification of coal in a water vapor plasma, the reaction time is 0.1-1 s. Therefore, in practice, in order to increase the residence time of coal particles in the gasification zone, various two-stage devices are used: with an additional melt bath, with an additional tubular reactor, etc. However, an increase in the number of steps significantly complicates the hardware design of processes and the operation of equipment.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ плазменной газификации углей и агрегат для его осуществления [3] Способ включает измельчение угля и ввод угольной пыли с газифицирующими агентами (кислородом и водяным паром) в камеру реактора и генерирование потока низкотемпературной плазмы в реакционной камере. Попадая в высокотемпературный поток парокислородной смеси, угольная пыль интенсивно газифицируется с образованием газов СО + Н2 + +Н2S, которые выходят в камеру газогенератора со средней температурой 1100-1200оС. Нагретые продукты газификации поступают в камеру газогенератора, где осуществляется охлаждение полученного синтез-газа и его отделение от шлака. Затем синтез-газ подвергают сероочистке, после чего газообразное топливо компримируют и по трубопроводам подают к потребителю.Closest to the proposed technical solution is a method for plasma gasification of coal and an aggregate for its implementation [3] The method includes grinding coal and introducing coal dust with gasifying agents (oxygen and water vapor) into the reactor chamber and generating a low-temperature plasma stream in the reaction chamber. Getting into the high-temperature stream of the vapor-oxygen mixture, the coal dust is intensively gasified with the formation of CO + Н 2 + + Н 2 S gases, which exit into the gas generator chamber with an average temperature of 1100-1200 о С. The heated gasification products enter the gas generator chamber, where the obtained gas is cooled synthesis gas and its separation from slag. Then the synthesis gas is subjected to desulfurization, after which the gaseous fuel is compressed and piped to the consumer.
Однако при низкотемпературной газификации при температуре процесса 1200оС минеральная масса угля не претерпевает каких-либо превращений и образует шлаки, состоящие из исходных окислов угля, не представляющих особой ценности. Поэтому золошлаковые отходы удаляются в основном в золотоотвалы и только небольшая их часть (менее 5%) используется в cтроительcтве. При этом под золоотвалы безвозвратно отчуждаются обширные земельные участки. Из-за летучести золы эти золоотвалы постоянно пылят и загрязняют окружающую среду. Таким образом, указанный способ приводит к безвозвратным потерям ценных компонентов, которые в большом количестве содержатся в минеральной части угля. Все это существенно ухудшает эколого-экономические показатели рассматриваемого процесса.However, when the low-temperature gasification process at a temperature of 1200 o C. mineral coal mass does not undergo any transformations and forms a slag consisting of oxides of carbon source, it is not of particular value. Therefore, ash and slag waste is mainly disposed of in gold dumps, and only a small part (less than 5%) is used in construction. At the same time, vast land plots are irrevocably alienated under ash dumps. Due to the volatility of the ash, these ash dumps constantly dust and pollute the environment. Thus, this method leads to irretrievable losses of valuable components, which are contained in large quantities in the mineral part of coal. All this significantly worsens the environmental and economic indicators of the process under consideration.
Данный способ плазменной газификации углей осуществляют в плазменном газогенераторе. Он имеет вид топочной камеры, на стенках которой установлены, подобно топочным горелкам, плазменные реакторы с плазмотронами. В последних с помощью электрического газового разряда производится разогрев смеси водяного пара и кислорода. Плазменный реактор имеет три плазмотрона, из которых горячие струи газа выходят в полость его корпуса, образуя общий раскаленный факел. В плазменные реакторы по трубопроводу поступает угольная пыль, которая газифицируется, а затем выводится в камеру газификатора. Камера газификатора и последующие газоходы, аналогично котельной установке, используются для охлаждения газа до температуры 100оС, а также для улавливания шлака и золы.This method of plasma gasification of coal is carried out in a plasma gas generator. It has the form of a combustion chamber, on the walls of which plasma reactors with plasmatrons are installed, like furnace burners. In the latter, a mixture of water vapor and oxygen is heated using an electric gas discharge. The plasma reactor has three plasmatrons, from which hot jets of gas exit into the cavity of its body, forming a common hot torch. Coal dust enters the plasma reactors through the pipeline, which is gasified and then discharged into the gasifier chamber. Gasifier chamber and subsequent gas ducts, similar boiler system, used for cooling the gas to a temperature of 100 ° C and to trap slag and ash.
Однако в описываемом устройстве при единичной мощности плазменного газогенератора 1000-1200 т/ч или примерно 10 млн.т. в год по углю для питания его плазмотронов необходима электрическая мощность 100-150 МВт. При использовании плазменных реакторов мощностью около 3000 кВт каждый на стенках камеры такого газогенератора необходимо устанавливать примерно 40 плазменных реакторов с 3 плазмотронами каждый, т.е. 120 плазмотронов.Дальнейшее повышение мощности плазмотрона (более 3000 кВт) указанной конструкции невозможно из-за резкого снижения его ресурса (менее 100 ч), что неприемлемо для большой энергетики с основным оборудованием, ресурс которого достигает 7000-10000 ч. К тому же для обеспечения ресурса мощных плазмотронов 100 ч необходима защита электродов дорогостоящим и дефицитным аргоном и создание на пылеугольной ТЭС аргонопровода, что нереально. Известно также, что каждый плазмотрон должен быть оснащен индивидуальным источником питания. При использовании на газогенераторе 120 плазмотронов это предполагает установку 120 разделительных трансформаторов, 120 управляемых вентилей, 120 балластных сопротивлений, 120 осцилляторов, 120 пультов управления и КИД и т.д. Все это усложняет плазмоэнергетическое оборудование и снижает надежность его эксплуатации, тем более в специфических условиях пылеугольных электростанций. However, in the described device with a unit power of the plasma gas generator 1000-1200 t / h or about 10 million tons per year, coal needs 100-150 MW of electrical power to power its plasma torches. When using plasma reactors with a capacity of about 3,000 kW each, approximately 40 plasma reactors with 3 plasmatrons each must be installed on the walls of the chamber of such a gas generator, i.e. 120 plasmatrons. A further increase in the power of the plasma torch (more than 3,000 kW) of this design is impossible due to a sharp decrease in its resource (less than 100 hours), which is unacceptable for large power plants with basic equipment, the resource of which reaches 7000-10000 hours. a 100-hour plasma torch resource, protecting electrodes with expensive and scarce argon and creating an argon conduit at a pulverized-coal-fired TPP, which is unrealistic. It is also known that each plasmatron should be equipped with an individual power source. When using 120 plasma torches on a gas generator, this involves the installation of 120 isolation transformers, 120 controlled valves, 120 ballast resistances, 120 oscillators, 120 control panels and KID, etc. All this complicates the plasma energy equipment and reduces the reliability of its operation, especially in the specific conditions of pulverized coal power plants.
Очень важно отметить также, что в прототипе устройства получается зола и шлаки в виде малоценных окислов. К ому же, они представляют собой смесь, которую возможно использовать лишь в виде стройматериала. It is also important to note that in the prototype of the device, ash and slag are obtained in the form of low-value oxides. Besides, they are a mixture that can only be used in the form of building material.
Задача, решаемая изобретением, заключается в осуществлении процесса газификации угля с получением синтез-газа и восстановлением окислов минеральной массы с последующим разделением получаемых ценных компонентов золы. Это обеспечит повышение эффективности процесса, улучшит экономические показатели и упростит аппаратурное оформление способа. The problem solved by the invention is the implementation of the process of gasification of coal to produce synthesis gas and the reduction of oxides of the mineral mass, followed by separation of the resulting valuable ash components. This will increase the efficiency of the process, improve economic performance and simplify the hardware design of the method.
Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в способе переработки твердого топлива процессе "ДУГА-ТЭС", включающем операции измельчение угля и ввод угольной пыли с газифицирующим агентом в камеру реактора, генерирование потока низкотемпературной плазмы в реакционной камере и нагрев углегазовой смеси в дуговой плазме с газификацией твердого топлива, вывод нагретых продуктов газификации в камеру газогенератора с охлаждением синтез-газа водоохлаждаемыми поверхностями и отделение полученного синтез-газа от шлака, предложено следующее. Операцию охлаждения синтез-газа водоохлаждаемыми поверхностями производить ступенчато в последовательных зонах с селективной конденсацией ценных составляющих минеральной массы угля и их улавливанием, причем каждая зона имеет температуру, последовательно снижающуюся по ходу газа. In order to achieve the technical result provided by the invention in the solid fuel processing method, the DUGA-TES process, which includes grinding coal and injecting coal dust with a gasifying agent into the reactor chamber, generating a low-temperature plasma stream in the reaction chamber and heating the carbon-gas mixture in an arc plasma with solidified gasification fuel, the withdrawal of heated gasification products into the chamber of the gas generator with cooling of the synthesis gas by water-cooled surfaces and the separation of the resulting synthesis gas from ka, the following is suggested. The synthesis gas cooling operation with water-cooled surfaces is carried out stepwise in successive zones with selective condensation of the valuable components of the coal mineral mass and their capture, each zone having a temperature that gradually decreases along the gas.
Достижение обеспечиваемого изобретением технического результата стало также возможным благодаря плазменной установке для переработки твердого топлива агрегату "ДУГА-ТЭС", содержащем, плазменный реактор, газогенератор, блок сероочистки и компрессор. В той установке плазменный реактор пристыкован к топочному пространству газогенератора, внутренний объем которого разделен вертикальными водоохлаждаемыми перегородками с газоходами, причем месторасположение газоходов последовательно чередуется снизу и сверху по ходу газов и в нижней части каждой зоны селективной конденсации, образованных перегородками, размещен сборник конденсата, а на выходе топочного пространства установлен рукавный фильтр. The achievement of the technical result provided by the invention was also made possible thanks to the plasma unit for processing solid fuel, the DUGA-TES unit, containing a plasma reactor, gas generator, desulfurization unit and compressor. In that installation, the plasma reactor is docked to the furnace chamber of the gas generator, the internal volume of which is divided by vertical water-cooled partitions with gas ducts, and the location of the gas ducts alternately alternating from below and above along the gases and in the lower part of each selective condensation zone formed by the partitions, there is a condensate collector, and The outlet of the combustion chamber is equipped with a bag filter.
Именно заявляемая совокупность конструкторских признаков обеспечивает согласно способу получение синтез-газа и восстановление окислов минеральной массы с последующим разделением получаемых ценных компонентов золы. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны между собой настолько, что образуют единый изобретательский замысел, и могут быть использованы лишь совместно. It is the claimed combination of design features that provides, according to the method, the production of synthesis gas and the reduction of oxides of the mineral mass with the subsequent separation of the resulting valuable ash components. This allows us to conclude that the claimed invention are so interconnected that they form a single inventive concept, and can only be used together.
Для извлечения ценных составляющих минеральной массы угля необходимо с получением синтез-газа одновременно восстановить окислы, содержащиеся в шлаке и золе. Для этого температуру процесса газификации угля следует увеличить по сравнению с прототипом с 1200 до 2000оС. Повышение температуры процесса увеличивает физическое тепло, запасенное в получаемом синтез-газе, а следовательно, еще в большей степени аргументирует необходимость ее утилизации в топочном пространстве.To extract the valuable components of the coal’s mineral mass, it is necessary to simultaneously restore the oxides contained in the slag and ash while producing synthesis gas. For this coal gasification process temperature should be increased as compared with the prototype from 1200 to 2000 ° C. Increasing the process temperature increases the sensible heat stored in the resulting synthesis gas, and consequently an even greater extent argues need for its utilization in the combustion chamber.
Как уже отмечалось, для столь многотоннажного производства, каким является переработка твердого топлива, применение плазменных реакторов раздельного типа, состоящих из реактора и отдельно плазмотронов максимальной мощности 3 МВт, неприемлемо. Для таких процессов более перспективными являются плазменные реакторы совмещенного типа с наращиваемыми электродами аналогично руднотермическим печам, единичная мощность которых может достигать 70-100 МВт. As already noted, for such a large-tonnage production, such as solid fuel processing, the use of separate plasma reactors consisting of a reactor and separately plasmatrons with a maximum power of 3 MW is unacceptable. For such processes, combined-type plasma reactors with stackable electrodes are similar to ore-thermal furnaces, the unit power of which can reach 70-100 MW.
Сравнение изобретения с известными из уровня техники техническими решениями позволило установить следующее. A comparison of the invention with technical solutions known from the prior art made it possible to establish the following.
Произведены термодинамические расчеты с использованием универсальной программы "Астра-3" и экспериментальные исследования в трехфазном плазменном реакторе мощностью около 60 кВт процесса плазменной газификации углей различных месторождений в диапазоне температур 1800-3500 К с полным переводом органической массы угля в синтез-газ (СО + Н2) и восстановлением минеральной части угля. При этом экспериментально показано, что при среднемассовой температуре, превышающей 2500 К, в дуговой камере происходит частичная возгонка кремния, алюминия, поэтому содержание SiO2 и Al2O3 в шлаке уменьшается, а концентрация железа возрастает. По данным рентгенофазового анализа в шлаках наряду с аморфным материалом и кристаллическими шлакообразующими компонентами (муллитом, корундом, кварцем, оксидами железа) содержится восстановленный материал в виде металлической фазы ферросилиция (Fe5Si3, FeSi, FeSi2), карбитов кремния и железа ( β SiC, Fe2C). При среднемассовых температурах в дуговой камере, превышающих 2600-2800 К, в возгонах наряду с аморфной фазой был обнаружен элементарный кремний и т.д. Однако в рассматриваемой работе ценные составляющие минеральной части углей не разделялись между собой, а всей массой стекали в общий шлакосборник.Thermodynamic calculations were carried out using the Astra-3 universal program and experimental studies in a three-phase plasma reactor with a power of about 60 kW of the process of plasma gasification of coal from various deposits in the temperature range 1800-3500 K with the complete conversion of the organic mass of coal into synthesis gas (CO + H 2 ) and the restoration of the mineral part of coal. It was experimentally shown that at a mass-average temperature exceeding 2500 K, partial sublimation of silicon and aluminum occurs in the arc chamber; therefore, the content of SiO 2 and Al 2 O 3 in the slag decreases, and the iron concentration increases. According to x-ray phase analysis, in the slag, along with the amorphous material and crystalline slag-forming components (mullite, corundum, quartz, iron oxides), the reduced material contains the metal phase of ferrosilicon (Fe 5 Si 3 , FeSi, FeSi 2 ), silicon carbides and iron (β SiC, Fe 2 C). At mass-average temperatures in the arc chamber exceeding 2600-2800 K, elemental silicon, etc., was found in sublimates along with the amorphous phase. However, in the work under consideration, the valuable components of the mineral part of the coals were not divided among themselves, but drained as a whole into a common slag collector.
В отличие от известного процесса и аппарата в предложенном техническом решении осуществляют разделение компонентов минеральной массы твердого топлива в зависимости от температуры их конденсации по отдельным зонам и сборникам. Это обеспечивает существенное снижение затрат на выделение указанных компонентов в первой наиболее трудоемкой фазе их разделения. При этом повышается эффективность процесса, улучшаются эколого-экономические показатели и упрощается аппаратурное оформление способа по сравнению с разделением компонентов, смешанных в одном шлакосборнике. In contrast to the known process and apparatus, in the proposed technical solution, the components of the mineral mass of solid fuel are separated depending on the temperature of their condensation in separate zones and collectors. This provides a significant reduction in the cost of separation of these components in the first most time-consuming phase of their separation. This increases the efficiency of the process, improves environmental and economic indicators and simplifies the hardware design of the method compared to the separation of components mixed in one slag collector.
Таким образом, из уровня техники не известны технические решения, содержащие совокупность признаков, сходных или эквивалентных заявляемым. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложения критериям "Новизна" и "Изобретательский уровень". Thus, the prior art does not know technical solutions containing a combination of features similar or equivalent to those claimed. This allows us to conclude that the proposal meets the criteria of "Novelty" and "Inventive step".
На чертеже изображена схема плазменной установки для переработки твердого топлива агрегата "ДУГА-ТЭС". The drawing shows a diagram of a plasma installation for processing solid fuel unit "DUGA-TES".
Установка содержит плазменный реактор 1, газогенератор 2, блок 3 сероочистки и компрессор 4. Плазменный реактор 1 совмещенного типа с наращиваемым электродом 5. Реактор 1 может быть выполнен на постоянном либо переменном токе и иметь электроды 5 в количестве от 1 до 3. Снаружи реактора 1 размещена электромагнитная катушка 6, питаемая постоянным током, последовательно с электрической дугой 7 либо от независимого источника. Имеются патрубки 8 и 9 для подачи измельченных и газообразных реагентов, а также газоход 10 для вывода продуктов реакции. The installation comprises a plasma reactor 1, a gas generator 2, a desulfurization unit 3, and a compressor 4. A combined type plasma reactor 1 with a stackable electrode 5. The reactor 1 can be made with direct or alternating current and have electrodes 5 in an amount of 1 to 3. Outside of the reactor 1 placed an electromagnetic coil 6, powered by direct current, in series with an electric arc 7 or from an independent source. There are nozzles 8 and 9 for supplying ground and gaseous reagents, as well as a duct 10 for outputting reaction products.
Новыми элементами установки является то, что плазменный реактор 1 пристыкован к топочному пространству газогенератора 2. Внутренний объем газогенератора 2 разделен вертикальными перегородками 11 с газоходами 12. Месторасположение газоходов 12 последовательно чередуется снизу и сверху по ходу газа. В нижней части каждой зоны 13 селективной конденсации, образованных перегородками 11, размещен сборник 14 конденсата. На выходе топочного пространства 2 установлен рукавный фильтр 15. New elements of the installation is that the plasma reactor 1 is docked to the furnace space of the gas generator 2. The internal volume of the gas generator 2 is divided by vertical partitions 11 with gas ducts 12. The location of the gas ducts 12 is sequentially alternated from the bottom and the top along the gas flow. In the lower part of each selective condensation zone 13 formed by the baffles 11, a condensate collector 14 is placed. At the outlet of the furnace space 2 a bag filter 15 is installed.
Предлагаемый способ переработки твердого топлива осуществляют следующим образом. The proposed method for processing solid fuel is as follows.
Уголь измельчают до фракции меньше 200 мкм и угольную пыль с газифицирующим агентом, например водяным паром, подают в камеру плазменного реактора 1. Затем генерируют поток низкотемпературной плазмы в реакционной камере. Для этого подают напряжение на cтержневой электрод 5 и корпуc плазменного реакора 1 и методом "взрыва проволоки" зажигают электрическую дугу 7. Включают электромагнитную катушку 6. Под действием силы Лоренца дуговые столбы начинают вращаться в межэлектродном промежутке. При вращении дуги 7 из-за разного диаметра электродов и разного аэродинамического сопротивления, у стержневого электрода 5 и стенки плазменного реактора 1 дуговые столбы расширяются по направлению к стенке. При расширении дуги 7 в нем возникают высокоскоростные плазменные струи от места сужения в сторону расширения. Эти струи подхватывают углегазовую смесь и, интенсивно нагревая ее, отбрасывают на стенку реактора 1. В процессе движения реагентов в объеме реактора происходит газификация твердого топлива и восстановление окислов минеральной части угля при температуре выше 2300 К. Нагретые продукты газификации выводятся в камеру газогенератора 2 для охлаждения синтез-газа и отделения полученного синтез-газа от шлака. Охлаждение синтез-газа производят водоохлаждаемыми поверхностями (перегородками 11) ступенчато в последовательных зонах 13. Каждая зона 13 имеет температуру, последовательно снижающуюcя по ходу газа. При охлаждении синтез-газа происходит селективная конденсация ценных составляющих минеральной массы угля. Сконденсировавшиеся частицы под действием силы гравитации осаждаются в индивидуальные сборники 14, где и улавливаются. Периодически сборники 14 очищаются и полученный продукт отправляется на дальнейшую доработку. Для улавливания мельчайших частиц золы, выносимых из топочного пространства котла, на выходе котлоагрегата размещены рукавные фильтры 15. Они обеспечивают улавливание микроэлементов сконденсировавшихся на поверхности мельчайших частиц. Обеспыленный синтез-газ поступает в блок сероочистки, Далее очищенный синтез-газ закачивается компрессором 4 в баллоны 16 либо по трубопроводу подается потребителю. The coal is ground to a fraction of less than 200 μm and the coal dust with a gasification agent, for example water vapor, is fed into the chamber of the plasma reactor 1. Then a low-temperature plasma stream is generated in the reaction chamber. To do this, a voltage is applied to the rod electrode 5 and the body of the plasma reactor 1, and the electric arc 7 is ignited by the method of "wire explosion". The electromagnetic coil 6 is turned on. 6. Under the action of the Lorentz force, the arc columns begin to rotate in the interelectrode gap. When the rotation of the arc 7 due to different diameters of the electrodes and different aerodynamic drag, at the rod electrode 5 and the wall of the plasma reactor 1, the arc columns expand towards the wall. When expanding the arc 7, high-speed plasma jets arise from the point of narrowing towards the expansion. These jets pick up the carbon-gas mixture and, intensively heating it, throw it on the wall of reactor 1. During the movement of the reagents in the reactor volume, gasification of solid fuel occurs and the oxides of the mineral part of coal are reduced at temperatures above 2300 K. The heated gasification products are discharged into the chamber of gas generator 2 for cooling synthesis gas and separating the resulting synthesis gas from slag. The synthesis gas is cooled by water-cooled surfaces (partitions 11) stepwise in successive zones 13. Each zone 13 has a temperature that gradually decreases along the gas. When the synthesis gas is cooled, selective condensation of the valuable components of the coal mineral mass occurs. Condensed particles under the influence of gravity are deposited in individual collectors 14, where they are captured. Periodically, the collectors 14 are cleaned and the resulting product is sent for further refinement. In order to capture the smallest particles of ash carried out from the boiler furnace space, bag filters 15 are placed at the outlet of the boiler unit. They provide the capture of trace elements condensed on the surface of the smallest particles. Dedusted synthesis gas enters the desulfurization unit. Next, the purified synthesis gas is pumped by compressor 4 into cylinders 16 or supplied to the consumer through a pipeline.
При проектировании плазменной установки для переработки твердого топлива агрегата "ДУГА-ТЭС", зная производительность установки и теплотехнические характеристики газифицируемого угля, можно обычными инженерными методами рассчитать основные параметры процесса и аппарата: мощность плазменного реактора, ток и напряжение дуги, расход угля и газифицирующего агента, площадь тепловоспринимающих поверхностей и геометрию топочного пространства газификатора, параметры газоходов и сборников конденсата и т.д. When designing a plasma installation for processing solid fuel of the DUGA-TES unit, knowing the performance of the installation and the thermal characteristics of gasified coal, the basic parameters of the process and apparatus can be calculated using conventional engineering methods: plasma reactor power, arc current and voltage, coal and gasification agent consumption, the area of heat-absorbing surfaces and the geometry of the combustion space of the gasifier, the parameters of the flues and condensate collectors, etc.
П р и м е р. В плазмоэнергетическом агрегате перерабатывали уголь Холбольджинского месторождения (Республика Бурятия). Состав угля, С 55,9; Н 3,94; О 17,68; N 0,87; S 0,31; SiO2 11,08; Al2O3 4,71' Fe2O3 2,21; CaO 2,11; MgO 0,55; K2O 0,43; Na2O 0,21. Уголь измельчали до крупности меньше 200 мкм. В камеру плазменного реактора вводили угольную пыль с газифицирующим агентом водяным паром. Расход угля 1000 кг/ч, расход водяного пара 510 кг/ч. В реакционной камере генерировали поток низкотемпературной плазмы. Мощность плазменного реактора 1200 кВт. Углегазовую смесь нагревали в дуговой плазме. Среднемассовая температура процесса 2500 К. При нагреве твердого топлива в среде водяного пара происходила газификация угля и восстановление окислов минеральной массы угля. Нагретые продукты газификации выводили в камеру газификатора для охлаждения синтез-газа и отделения полученного синтез-газа от шлака. Охлаждение синтез-газа проводили водоохлаждаемыми поверхностями ступенчато в последовательных зонах. Каждая зона имела температуру, последовательно снижающуюся по ходу газа с 2500 до 373 К. В этих зонах происходила селективная конденсация составляющих минеральной массы угля и их улавливание. При этом получено, кг/ч: Si 1,3; Al 0,8; Mg 1,41; Ca 3,88; K 0,9; Fe 2,0; SiO 11,43; SiC 6,4; C 3,8 и FeSi 4,39. Газовая фаза состоит, об. Н2 51,8 и СО 47,2% КПД плазменного реактора составляет 85% Удельные энергозатраты равны 1,53 кВтч/кг угля.PRI me R. Coal from the Kholboldzhinsky deposit (Republic of Buryatia) was processed in a plasma-energy unit. The composition of coal, C 55.9; H 3.94; O 17.68; N, 0.87; S 0.31; SiO 2 11.08; Al 2 O 3 4.71 'Fe 2 O 3 2.21; CaO 2.11; MgO 0.55; K 2 O 0.43; Na 2 O, 0.21. Coal was crushed to a particle size of less than 200 microns. Coal dust was introduced into the chamber of the plasma reactor with gasifying agent water vapor. Coal consumption 1000 kg / h, water vapor consumption 510 kg / h. A low-temperature plasma stream was generated in the reaction chamber. The power of the plasma reactor is 1200 kW. The gas-gas mixture was heated in an arc plasma. The mass average temperature of the process is 2500 K. When heating solid fuel in a water vapor medium, coal gasification and reduction of oxides of the coal mineral mass occurred. Heated gasification products were discharged into the gasifier chamber to cool the synthesis gas and separate the resulting synthesis gas from slag. The synthesis gas was cooled by water-cooled surfaces in steps in successive zones. Each zone had a temperature that gradually decreased along the gas from 2500 to 373 K. In these zones, the constituents of the coal mineral mass were selectively condensed and trapped. Thus obtained, kg / h: Si 1.3; Al 0.8; Mg 1.41; Ca 3.88; K 0.9; Fe 2.0; SiO 11.43; SiC 6.4; C 3.8 and FeSi 4.39. The gas phase consists of vol. Н 2 51.8 and СО 47.2% the efficiency of a plasma reactor is 85%. The specific energy consumption is equal to 1.53 kWh / kg of coal.
Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения состоит в комплексной переработке твердого топлива, когда из органической массы угля получают синтез-газ, а из минеральной части топлива извлекают ценные компоненты. Это повышает эффективность процесса, улучшает эколого-экономические показатели и упрощает аппаратурное оформление способа. The technical and economic efficiency of the proposed technical solution consists in the complex processing of solid fuel, when synthesis gas is obtained from the organic mass of coal, and valuable components are extracted from the mineral part of the fuel. This increases the efficiency of the process, improves environmental and economic indicators and simplifies the hardware design of the method.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU92013593A RU2056008C1 (en) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | Method of and plasma plant for solid fuel reconditioning |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU92013593A RU2056008C1 (en) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | Method of and plasma plant for solid fuel reconditioning |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU92013593A RU92013593A (en) | 1995-01-27 |
| RU2056008C1 true RU2056008C1 (en) | 1996-03-10 |
Family
ID=20134035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU92013593A RU2056008C1 (en) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | Method of and plasma plant for solid fuel reconditioning |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2056008C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2478689C2 (en) * | 2008-12-08 | 2013-04-10 | Плагази Аб | System for producing hydrogen |
| WO2013114148A1 (en) | 2012-02-02 | 2013-08-08 | Potemkin Alexander | Installation for converting hydrocarbon reactants in gaseous and liquid fuel, including a 'plasma chemotron' for said installation |
| RU2521638C2 (en) * | 2012-09-17 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Gasification of carbon-bearing solid fuels |
| RU187838U1 (en) * | 2018-09-24 | 2019-03-19 | Александр Николаевич Банников | Plasma-chemical gas generator |
-
1992
- 1992-12-22 RU RU92013593A patent/RU2056008C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Жуков М.Ф. и др. Пароводяные плазмотроны для пиролиза и конверсии углеводов. Плазменная газификация и пиролиз низкосортных углей. Сборник научных трудов ЭНИН им.Г.М.Кржижановского. М.: 1987, с.111-123. 2 2. Ибраев Ш.Ш. и др. Способ плазменного получения восстановительных газов из низкосортных углей и аппарат для его осуществления. Плазменная газификация и пролиз низкосортных углей. Сборник научных трудов ЭНИН им.Г.М.Кржижановского. М.: 1987, с.71-81. 3. Кружилин Г.Н. Плазменная гафификация углей. Вестник АН СССР, N 12, 1980, с.69-70. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2478689C2 (en) * | 2008-12-08 | 2013-04-10 | Плагази Аб | System for producing hydrogen |
| WO2013114148A1 (en) | 2012-02-02 | 2013-08-08 | Potemkin Alexander | Installation for converting hydrocarbon reactants in gaseous and liquid fuel, including a 'plasma chemotron' for said installation |
| RU2521638C2 (en) * | 2012-09-17 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Gasification of carbon-bearing solid fuels |
| RU187838U1 (en) * | 2018-09-24 | 2019-03-19 | Александр Николаевич Банников | Plasma-chemical gas generator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9074152B2 (en) | Plasma-assisted waste gasification system | |
| Fabry et al. | Waste gasification by thermal plasma: a review | |
| Byun et al. | Thermal plasma gasification of municipal solid waste (MSW) | |
| KR100445363B1 (en) | Waste treatment apparatus and method through vaporization | |
| WO2013106004A1 (en) | Multi-ring plasma pyrolysis chamber | |
| US20060228294A1 (en) | Process and apparatus using a molten metal bath | |
| WO2008138118A1 (en) | A system comprising the gasification of fossil fuels to process unconventional oil sources | |
| KR20040030954A (en) | Process to recover energy from hot gas | |
| JPH0673679B2 (en) | How to gasify sewage sludge | |
| CN104593085A (en) | Coal gasifier for slag granulation and coal gas preparation process | |
| BG109247A (en) | Method for the conversion of coal into fuels | |
| CA1200102A (en) | Process and apparatus for generating synthesis gas | |
| AU777849B2 (en) | Method and device for disposing of waste products | |
| Messerle et al. | Plasma processing of uranium-containing solid fuels | |
| CN103589459A (en) | Coal gasification method and device employing plasma torch heating technology | |
| JPH11128883A (en) | Waste gasifying method and device | |
| RU2056008C1 (en) | Method of and plasma plant for solid fuel reconditioning | |
| US6051048A (en) | Production of fuel gas | |
| Ducharme et al. | Analysis of thermal plasma-assisted waste-to-energy processes | |
| US3358624A (en) | Coal burning arrangement for mhd generators | |
| WO2004044492A1 (en) | Method and device for integrated plasma-melt treatment of wastes | |
| JPH09235559A (en) | Utilization of residue and waste in terms of material and energy in upright furnace | |
| JP2000500702A (en) | Waste treatment method and apparatus for implementing the method | |
| CN102331169A (en) | Smelting furnace | |
| RU2087525C1 (en) | Method of gasifying coals and electroarc plasma reactor for coal gasification |